Proprietatea de a respinge apa
Hidrofobicitate (din altă greacă ὕδωρ . „apă” + φόβος „frică, frică”) – proprietatea de a respinge apa, proprietatea fizică a moleculei , „dorința” de a evita contactul cu apa [1] . Molecula însăși în acest caz se numește hidrofobă .
Moleculele hidrofobe sunt de obicei nepolare și „preferă” să fie printre alte molecule neutre și solvenți nepolari . Prin urmare, apa de pe o suprafață hidrofobă cu un unghi de contact mare α se adună în picături. Iar atunci când în apă se adaugă lichide hidrofobe, în funcție de densitate, acestea sunt colectate în cheaguri izolate, sau distribuite pe suprafața apei, așa cum se întâmplă cu uleiul.
Moleculele de alcani , uleiuri , grăsimi și alte materiale similare sunt hidrofobe. Materialele hidrofobe sunt folosite pentru curățarea uleiului de apă, curățarea scurgerilor de petrol și procese chimice pentru a separa substanțele polare și nepolare.
Cuvântul „hidrofob” este adesea folosit ca sinonim pentru cuvântul „ lipofil ” - „iubitor de grăsimi”, deși acest lucru nu este în întregime corect. Într-adevăr, substanțele hidrofobe sunt în general lipofile, dar există excepții printre ele - de exemplu, siliconi , fluoroplastice .
Conform termodinamicii , materia tinde spre o stare de energie minimă, iar legarea scade energia chimică . Moleculele de apă sunt polarizate și sunt capabile să formeze legături de hidrogen între ele , ceea ce explică multe dintre proprietățile unice ale apei. În același timp, moleculele hidrofobe nu sunt polarizate și nu sunt capabile să formeze legături de hidrogen, așa că apa respinge astfel de molecule, preferând să formeze legături în interiorul ei. Acest efect este cel care determină interacțiunea hidrofobă, care este numită astfel nu în întregime, deoarece sursa sa este interacțiunea moleculelor de apă hidrofile între ele. [2] Deci, două faze nemiscibile (hidrofile și hidrofobe) se vor afla într-o astfel de stare în care suprafața de contact va fi minimă. Acest efect poate fi observat în fenomenul de separare a fazelor , care are loc, de exemplu, în timpul separării unei emulsii apă-ulei .
Materialele superhidrofobe au suprafețe extrem de rezistente la umezire (cu un unghi de contact cu apa mai mare de 150°). Multe dintre aceste materiale găsite în natură respectă legea lui Cassier și sunt bifazice la nivel submicron, una dintre componente fiind aerul . Efectul lotus se bazează pe acest principiu. Un exemplu de material biomimetic superhidrofob în nanotehnologie este un film nanopin.. Se arată că suprafața pentoxidului de vanadiu poate comuta între superhidrofobicitateși superhidrofilicitatea sub acțiunea radiațiilor UV [3] . Conform acestui studiu, orice suprafață poate fi înzestrată cu o proprietate similară prin aplicarea unei suspensii de particule în formă de rozetă V2O5 , de exemplu , folosind o imprimantă cu jet de cerneală . Aici hidrofobicitatea este cauzată și de cavitățile de aer interlaminare (separate de 2,1 nm ). Mecanismul de acțiune al radiației UV este de a crea perechi electron - gauri , în care găurile reacţionează cu atomii de oxigen din rețeaua cristalină, creând locuri libere de oxigen la suprafață, iar electronii reduc V 5+ la V 3+ . Locurile libere de oxigen sunt acoperite de apă, iar o astfel de absorbție de apă a suprafeței de vanadiu o face hidrofilă. Cu o ședere lungă în întuneric, apa este înlocuită cu oxigen și se pierde hidrofilitatea .